本发明涉及油气田防腐领域，特别涉及一种松香咪唑啉季铵盐化合物、缓蚀剂及制备方法。
背景技术：
在酸性气藏的开采过程中，采输油气用的金属设备和管线很容易被腐蚀失效，金属设备和管线的失效会使酸性气藏的开采过程存在安全隐患。目前多采用金属缓蚀剂来对上述金属设备和管线进行防腐作业，因此，提供一种适用于酸性气藏的金属缓蚀剂是十分必要的。中国专利cn101050537a公开了一种适用于高酸性气藏的缓蚀剂，该缓蚀剂由含硫咪唑啉衍生物、助剂、表面活性剂及溶剂油构成。中国专利cn105272916a公开了一种新型松香基咪唑啉类缓蚀剂，该缓蚀剂具有良好的抗h2s/co2腐蚀性能。此外诸如中国专利cn102168272a、cn102517588a等公开的缓蚀剂均对酸性腐蚀环境中的金属设备或管线具有良好的防腐性能，有效降低金属的腐蚀速度，保证了酸性气藏的安全开采。发明人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有技术提供的缓蚀剂包括油溶性缓蚀剂和水溶性缓蚀剂，当酸性气藏的产水量和流动性较大时，水溶性缓蚀剂容易被水带离金属表面，导致缓蚀剂在金属表面的吸附周期变短，如若不及时补加缓蚀剂，可能会导致金属防腐失败。所以，这种情况下使用油溶性缓蚀剂成为一种较为可行的方案。但是，在凝析气藏中，油溶性缓蚀剂却容易迁移到凝析油中，导致吸附在金属表面的缓蚀剂分子数量减少，又直接引起防腐效果降低，甚至引发局部腐蚀。同时，在高压力、高流速的开采过程中，凝析油、气田水、缓蚀剂构成的三相体系容易发生乳化，给凝析油的回收和利用造成麻烦。技术实现要素：本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种能够适用于酸性凝析气藏的松香咪唑啉季铵盐化合物、缓蚀剂及制备方法，具体技术方案如下：第一方面，本发明实施例提供了一种松香咪唑啉季铵盐化合物，所述松香咪唑啉季铵盐化合物的化学结构式为：第二方面，本发明实施例提供了一种上述松香咪唑啉季铵盐化合物的制备方法，所述方法包括：向反应容器中加入松香酸、二乙烯三胺和携水剂，在160-180℃下进行脱水反应2-2.5小时，然后升温至200-240℃，进行环化反应3-4小时。加热蒸出环化反应产物中的水分，冷却后得到松香咪唑啉。将所述松香咪唑啉升温至70-90℃，滴入磷酸二异辛酯，混合均匀，然后升温至120-130℃，反应2-2.5小时，将反应产物冷却，得到所述松香咪唑啉季铵盐化合物。所述松香酸与所述二乙烯三胺的摩尔比为1：(1.1～1.2)；所述携水剂质量为所述松香酸与所述二乙烯三胺总质量的20-30％。所述松香酸与所述磷酸二异辛酯的摩尔比为1：(1.3～1.5)。具体地，作为优选，所述携水剂为甲苯或二甲苯。第三方面，本发明实施例提供了一种金属缓蚀剂，包括上述的松香咪唑啉季铵盐化合物。具体地，作为优选，所述金属缓蚀剂包括以下重量百分比的组分：权利要求1所述的松香咪唑啉季铵盐化合物10～30％、表面活性剂1～3％、助剂0.5～5％、破乳剂0.01～0.1％、余量为溶剂油。具体地，作为优选，所述表面活性剂为双十烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、span-80、聚氧乙烯十六烷基(4)醚中的一种。具体地，作为优选，所述助剂为碳链长度为3～8的脂肪醇或烷基醇醚化合物。具体地，作为优选，所述破乳剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯类嵌段聚醚化合物。具体地，作为优选，所述溶剂油为极性或者非极性油类。第四方面，本发明实施例提供了上述金属缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将破乳剂和溶剂油在室温下搅拌均匀，制得重量百分比为0.5～2％的破乳剂浓缩液。根据破乳剂和溶剂油的实际用量，向预定量的所述破乳剂浓缩液中加入预定量的溶剂油，得到稀释后的破乳剂溶液。向所述稀释后的破乳剂溶液中加入松香咪唑啉季铵盐化合物，在30～50℃下搅拌均匀，然后冷却至室温，获得中间溶液。在室温条件下，向所述中间溶液中滴加表面活性剂和助剂，搅拌均匀，得到所述缓蚀剂。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例提供的松香咪唑啉季铵盐化合物，通过在分子结构中引入具有较强吸附能力的p杂原子，使得该化合物在金属表面的吸附能力进一步增强，两个8碳数烷基链的引入使得化合物整体上的亲疏水性质得以平衡，既不易被流动的腐蚀介质(气田水)从金属表面冲刷下来导致防腐效果降低，又不会因凝析油的存在导致能迁移到水相及金属表面的缓蚀剂分子数目过度减少。从而使松香咪唑啉季铵盐化合物在油相和水相中的分配比例更加合理，既能够在凝析油存在的环境中发挥缓蚀作用，又不会被水大量带离金属表面，使得在酸性凝析气藏的开采过程中，其能保持良好的水相防腐效果。此外，由于该松香咪唑啉季铵盐化合物具有不规则支状结构，这种结构乳化倾向较小，使通过松香咪唑啉季铵盐化合物制备得到的缓蚀剂在与凝析油、气田水共存的条件下，不会形成凝析油乳液，使凝析油的采集、回收和利用更加方便。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。第一方面，本发明实施例提供了一种松香咪唑啉季铵盐化合物，该松香咪唑啉季铵盐化合物的化学结构式为：本发明实施例提供的松香咪唑啉季铵盐化合物，通过在分子结构中引入具有较强吸附能力的p杂原子，使得该化合物在金属表面的吸附能力进一步增强，两个8碳数烷基链的引入使得化合物整体上的亲疏水性质得以平衡，既不易被流动的腐蚀介质(气田水)从金属表面冲刷下来导致防腐效果降低，又不会因凝析油的存在导致能迁移到水相及金属表面的缓蚀剂分子数目过度减少。从而使松香咪唑啉季铵盐化合物在油相和水相中的分配比例更加合理，既能够在凝析油存在的环境中发挥缓蚀作用，又不会被水大量带离金属表面，使得在酸性凝析气藏的开采过程中，其能保持良好的水相防腐效果。此外，凝析油是指在一些酸性气藏的开采过程中，地下深处高温高压条件下的烃类气体被采到地面后，由于温度和压力降低而可能部分凝结出的液态石油，能够产出凝析油的酸性气藏称为酸性凝析气藏。由于本发明实施例提供的松香咪唑啉季铵盐具有不规则疏水烷基链结构，这种结构乳化倾向较小，使通过松香咪唑啉季铵盐化合物制备得到的缓蚀剂在与凝析油、气田水共存的条件下，不会形成凝析油乳液，使凝析油的采集、回收和利用更加方便。第二方面，本发明实施例提供了上述松香咪唑啉季铵盐化合物的制备方法，具体步骤如下：步骤101、向反应容器中加入松香酸、二乙烯三胺和携水剂，在160-180℃下进行脱水反应2-2.5小时，然后升温至200-240℃，进行环化反应3-4小时，加热蒸出环化反应产物中的水分，冷却后得到松香咪唑啉。其中，松香酸与二乙烯三胺的摩尔比为1：(1.1～1.2)；携水剂为松香酸与二乙烯三胺总质量的20-30％。步骤102、将松香咪唑啉升温至70-90℃，滴入磷酸二异辛酯，混合均匀，然后升温至120-130℃，反应2-2.5小时，最后将反应产物冷却，得到松香咪唑啉季铵盐化合物。其中，松香酸与磷酸二异辛酯的摩尔比为1：(1.3～1.5)。本发明实施例提供的松香咪唑啉季铵盐化合物的制备过程中，具体反应式如下：在步骤101中，用松香酸、二乙烯三胺和携水剂制备得到松香咪唑啉。制备时，首先将松香酸、二乙烯三胺和携水剂加入反应容器中，反应容器优选为带有冷凝管、搅拌器、温度计、分水器和氮气保护的四颈烧瓶，以便于在反应容器中进行脱水反应、环化反应等，满足反应过程中的冷凝、搅拌、温度等的要求，保证反应过程安全进行。在反应原料的用量方面，松香酸与二乙烯三胺的摩尔比为1：(1.1～1.2)，例如摩尔比为1:1.1、1:1.15、1:1.2等，携水剂为松香酸与二乙烯三胺总质量的20-30％，例如为20％、22％、25％、28％、30％等。其中，携水剂为甲苯或二甲苯，携水剂的作用在于带走松香酸与二乙烯三胺脱水反应过程中产生的水，促进脱水反应的进行。具体地，脱水反应的温度为160-180℃，例如为160℃、165℃、170℃、175℃、180℃等，脱水反应的时间以2-2.5小时为宜，例如为2h、2.2h、2.3h、2.5h等。然后，使松香酸与二乙烯三胺的脱水产物进行环化反应，反应温度为200-240℃，例如为200℃、210℃、220℃、230℃、240℃等，反应时间为3-4小时，例如为3h、3.3h、3.5h、3.8h、4h等。松香酸与二乙烯三胺的脱水产物中，由二乙烯三胺形成的支链在上述条件下脱去水分子，形成一个含n的五元环，从而得到松香咪唑啉。由于上述环化反应后，环化产物中含有一定的水分，不利于下一步反应的进行，所以需要将环化产物中的水分蒸出，再经冷却处理后得到松香咪唑啉。在步骤102中，对制备得到的松香咪唑啉进行季铵化处理，以制备松香咪唑啉季铵盐化合物。季铵化试剂的选择直接影响制得的季铵盐的性能，本发明实施例中，通过选用磷酸二异辛酯作为季铵化试剂，通过季铵化反应将由磷酸二异辛酯形成的短烷基链引入分子结构中，通过具有较强吸附能力的p杂原子使得化合物在金属表面的吸附能力进一步增强，两个8碳数烷基链的引入使得化合物整体上的亲疏水性质得以平衡。因此，当该松香咪唑啉季铵盐化合物与凝析油和水的混合物共存时，其在油相和水相中的分配比例更加合理，既能够在凝析油存在的环境中发挥缓蚀作用，又不会被水大量带离金属表面，使得该松香咪唑啉季铵盐化合物在酸性凝析气藏的开采过程中，保持良好的水相防腐效果。同时，支状结构的磷酸二异辛基酯，使得松香咪唑啉季铵盐化合物呈不规则疏水烷基链结构，这种结构乳化倾向小，通过该松香咪唑啉季铵盐化合物制备得到的缓蚀剂与凝析油、气田水混合时，不会形成凝析油乳液，使凝析油的采集、回收和利用更加方便。在用量上，松香酸与磷酸二异辛酯的摩尔比为1：(1.3～1.5)，例如为1:1.3、1:1.4、1:1.5等。松香咪唑啉季铵盐化合物的具体制备过程为，将上述制备得到的松香咪唑啉升温至70-90℃，例如为70℃、75℃、80℃、85℃、90℃等。然后缓慢滴加磷酸二异辛酯，例如滴加速度为1-2ml/min，以使反应体系中各组分混合均匀，并充分反应。然后，将反应体系的温度升至120-130℃，例如为120℃、122℃、125℃、128℃、130℃等，使松香咪唑啉与磷酸二异辛酯发生季铵化反应，反应时间为2-2.5小时，例如为2h、2.2h、2.3h、2.5h等。最后将上述反应的产物冷却至室温，得到松香咪唑啉季铵盐化合物。第三方面，本发明实施例提供了一种金属缓蚀剂，包括上述松香咪唑啉季铵盐化合物，该金属缓蚀剂适用于酸性凝析气藏的开采过程。该金属缓蚀剂包括以下重量百分比的组分：松香咪唑啉季铵盐化合物10～30％、表面活性剂1～3％、助剂0.5～5％、破乳剂0.01～0.1％、余量为溶剂油。其中，松香咪唑啉季铵盐化合物的化学结构式为：本发明实施例提供的金属缓蚀剂，通过将上述的松香咪唑啉季铵盐化合物作为金属缓蚀剂的主剂，起到抑制金属，尤其是酸性凝析气藏中地面集输管线碳钢材质金属的腐蚀，从而保证酸性凝析气藏开采的安全进行。此外，松香咪唑啉季铵盐化合物还具有在油水体系中乳化倾向小的优点。同时，该金属缓蚀剂通过表面活性剂进一步调节金属表面的润湿性，促进金属缓蚀剂在金属表面的吸附，通过助剂促进金属缓蚀剂产品中各组分的相互溶解，保持体系的均一稳定性，通过破乳剂进一步抑制油水乳化，通过溶剂油溶解各个组分并形成均一的整体。通过对上述组分的用量进行限定，使金属缓蚀剂中各组分协同作用，有效降低采油设备和管线的腐蚀速度，避免凝析油乳液的形成，便于酸性凝析气藏的开采。其中，表面活性剂为油溶性阳离子型或非离子型表面活性剂，优选为双十烷基二甲基氯化铵、双十八烷基二甲基氯化铵、span-80(cas号：1338-43-8)、聚氧乙烯十六烷基(4)醚中的一种。表面活性剂能够调节金属表面的润湿性，促进缓蚀剂在金属表面的吸附，从而保证缓蚀剂对金属管线的防腐效果。同时，表面活性剂与主剂共同使用，还可以起到协同增效的作用，使缓蚀剂具有更好的缓蚀效果。助剂为碳链长度为3～8的脂肪醇或烷基醇醚化合物，其分子结构可以为直链结构或具有支链的结构。具体地，助剂可以优选为异丙醇、正丁醇、正戊醇、己醇、丁基单甘醇醚、丁基双甘醇醚中的至少一种。助剂能够促进缓蚀剂中各组分的相互溶解，保持整个体系的均一稳定性。通过多种助剂配合使用，可以使缓蚀剂体系更加均一稳定。破乳剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯类嵌段聚醚化合物，聚氧乙烯-聚氧丙烯类嵌段聚醚化合物可以通过现有技术合成，或直接从市场上购买，例如德国basf公司生产的pluronic、tetronic系列产品等。破乳剂能够抑制油水乳化的作用，进一步提高缓蚀剂的抗乳化性能，避免该缓蚀剂与凝析油、气田水混合时形成凝析油乳液，使凝析油的回收和利用更加方便。溶剂油为非极性或极性油类，例如为天然气制油、石蜡油、柴油、煤油、花生油、菜籽油、异丙基豆蔻酸酯或癸烷。由于本发明实施例提供的松香咪唑啉季铵盐化合物本身为油溶性物质，采用溶剂油作为缓蚀剂中的溶剂，能够使各组分在溶剂中分散均匀，便于缓蚀剂发挥缓蚀作用。第四方面，本发明实施例提供了上述适用于酸性凝析气藏的缓蚀剂的制备方法，具体步骤如下：步骤201、将破乳剂和溶剂油在室温下搅拌均匀，制得重量百分比为0.5～2％的破乳剂浓缩液。步骤202、根据破乳剂和溶剂油的实际用量，向预定量的破乳剂浓缩液中加入预定量的溶剂油，得到稀释后的破乳剂溶液。步骤203、向稀释后的破乳剂溶液中加入松香咪唑啉季铵盐化合物，在30～50℃下搅拌均匀，然后冷却至室温，获得中间溶液。步骤204、在室温条件下，向中间溶液中滴加表面活性剂和助剂，搅拌均匀，得到缓蚀剂。上述步骤中所用到的原料均按照上述适用于酸性凝析气藏的缓蚀剂中的用量进行选取。在步骤201中，首先使破乳剂在一定量的溶剂油中溶解，形成重量百分比为0.5～2％的破乳剂浓缩液。在步骤202中，根据破乳剂和溶剂油的实际用量，向预定量的破乳剂浓缩液中加入预定量的溶剂油，得到稀释后的破乳剂溶液，从而使破乳剂在溶剂油中分散的更加均匀，提高缓蚀剂的抗乳化效果。在步骤203中，向稀释后的破乳剂溶液中加入松香咪唑啉季铵盐化合物，在30～50℃下，例如在30℃、35℃、40℃、45℃、50℃等温度下，将反应体系搅拌均匀，搅拌转速控制在50-200rpm，例如为50rpm、100rpm、150rpm、200rpm等。然后将该反应体系冷却至室温，获得中间溶液，备用。在步骤204中，在室温条件下，例如为18℃、20℃、23℃等温度下，向中间溶液中分别滴加表面活性剂和助剂，搅拌均匀，搅拌速度为50-200rpm，例如为50rpm、100rpm、150rpm、200rpm等，最终得到缓蚀剂。通过三次操作将破乳剂、松香咪唑啉季铵盐化合物、表面活性剂、助剂分别加入溶剂油中，使各组分在溶剂油中充分分散，使制得的缓蚀剂具有均一、稳定的缓蚀效果。以下将通过具体实施例进行详细阐述，在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品：实施例1本实施例提供了一种松香咪唑啉季铵盐化合物，其化学结构式为：该松香咪唑啉季铵盐化合物如果如下方法制备得到：步骤(1)、制备松香咪唑啉向带有搅拌器、温度计、分水器、冷凝管和氮气保护的四颈烧瓶中，依次加入0.5摩尔的松香酸、0.6摩尔的二乙烯三胺及50g二甲苯，在180℃下反应2h。然后，将温度逐渐升至到220℃，在此温度下反应4h。最后冷却至室温得松香咪唑啉。步骤(2)、制备松香咪唑啉季铵盐化合物将上述松香咪唑啉逐渐升温至80℃，然后逐渐向四颈烧瓶中加入0.65摩尔的磷酸二异辛酯，使各组分混合均匀。再升温至120℃并在此温度下反应2h，最后冷却并收集四颈烧瓶中得到的最终产物，得到松香咪唑啉季铵盐化合物。实施例2本实施例提供了一种金属缓蚀剂，该金属缓蚀剂包括以下重量百分比的组分：实施例1制备得到的松香咪唑啉季铵盐化合物23份、表面活性剂2份、助剂5份、破乳剂0.1份、余量为溶剂油。该金属缓蚀剂通过如下方法制备得到：步骤<1>、将1g破乳剂和99g溶剂油在室温下搅拌均匀，制得破乳剂浓缩液，该浓缩液以重量百分比为1％。步骤<2>、取10g上述破乳剂浓缩液，用60g溶剂油稀释，得到稀释后的破乳剂溶液。步骤<3>、向稀释后的破乳剂溶液中加入23g松香咪唑啉季铵盐化合物，在40℃下搅拌均匀，搅拌速度为150rpm，然后冷却至室温，获得中间溶液。步骤<4>、在室温条件下，向中间溶液中分别滴加2g表面活性剂和5g助剂，搅拌均匀，搅拌速度为150rpm，得到金属缓蚀剂。实施例3本实施例提供了一种金属缓蚀剂，该金属缓蚀剂包括以下重量百分比的组分：实施例1制备得到的松香咪唑啉季铵盐化合物18份、表面活性剂1份、助剂4份、破乳剂0.05份、余量为溶剂油。该金属缓蚀剂通过如下方法制备得到：步骤<1>、将0.5g破乳剂和99.5g溶剂油在室温下搅拌均匀，制得破乳剂浓缩液，该浓缩液以重量百分比为0.5％。步骤<2>、取10g上述破乳剂浓缩液，用67g溶剂油稀释，得到稀释后的破乳剂溶液。步骤<3>、向稀释后的破乳剂溶液中加入18g松香咪唑啉季铵盐化合物，在45℃下搅拌均匀，搅拌速度为120rpm，然后冷却至室温，获得中间溶液。步骤<4>、在室温条件下，向中间溶液中分别滴加1g表面活性剂和4g助剂，搅拌均匀，搅拌速度为120rpm，得到金属缓蚀剂。实施例4本实施例提供了一种金属缓蚀剂，该金属缓蚀剂包括以下重量百分比的组分：实施例1制备得到的松香咪唑啉季铵盐化合物30份、表面活性剂3份、助剂0.5份、破乳剂0.01份、余量为溶剂油。该金属缓蚀剂通过如下方法制备得到：步骤<1>、将0.1g破乳剂和99.9g溶剂油在室温下搅拌均匀，制得破乳剂浓缩液，该浓缩液以重量百分比为0.1％。步骤<2>、取10g上述破乳剂浓缩液，用56.5g溶剂油稀释，得到稀释后的破乳剂溶液。步骤<3>、向稀释后的破乳剂溶液中加入30g松香咪唑啉季铵盐化合物，在45℃下搅拌均匀，搅拌速度为80rpm，然后冷却至室温，获得中间溶液。步骤<4>、在室温条件下，向中间溶液中分别滴加3g表面活性剂和0.5g助剂，搅拌均匀，搅拌速度为80rpm，得到金属缓蚀剂。应用实施例在模拟酸性凝析气藏的环境下，对实施例2-4提供的缓蚀剂进行缓蚀性能和乳化倾向性测试，以判断实施例2-4提供的缓蚀剂是否适合在酸性凝析气藏的开采过程中使用。其中，缓蚀剂的缓蚀性能评价试验参照标准sy/t7025-2014酸性油气田用缓蚀剂性能实验室评定方法执行，缓蚀剂的乳化倾向性评价试验参照标准sy/t5273-2000油田采出水用缓蚀剂性能评价方法执行，具体过程如下：缓蚀性能评价：截取一段l360钢管，放入模拟的酸性凝析气藏环境中，在60℃下放置72小时，然后检查钢管的腐蚀情况，并计算钢管的腐蚀速率，以判断实施例2-4提供的缓蚀剂的缓蚀效果。其中，模拟的酸性凝析气藏环境包括：油水体积比为1:4的0号柴油和水、质量浓度为5％的nacl、浓度为1500ppm的h2s、浓度为300ppm的co2。在试验组中，加入浓度为200mg/l的缓蚀剂，而对照组中不加缓蚀剂。缓蚀性能的评价结果如表1所示。表1缓蚀剂的缓蚀性能评价结果组别腐蚀速率缓蚀率钢管表面状况对照组2.4253——均匀腐蚀实施例20.073696.97％均匀光亮实施例30.068997.16％均匀光亮实施例40.072597.01％均匀光亮通过表1可以看出，相对于对照组，试验组中添加了实施例2-4提供的缓蚀剂后，钢管的腐蚀速率大幅下降，缓蚀率达到95％以上。这说明实施例2-4提供的缓蚀剂具有良好的缓蚀效果，该缓蚀剂适合在酸性凝析气藏的开采过程中使用。乳化倾向性评价：将0号柴油与质量浓度为5％的nacl溶液混合，配制成乳化倾向性试验液。在试验组中，分别加入浓度为1000mg/l和2000mg/l的缓蚀剂，对照组中不加缓蚀剂。将加入实施例2-4提供的缓蚀剂的试验液与对照组的试验液分别在40℃和50℃下静置，观察10min和60min后油水界面状况、油相乳化程度和水相乳化程度。乳化倾向性评价结果如表2所示。表2缓蚀剂的乳化倾向性评价结果通过表2可以看出，相对于对照组1，在50℃的条件下，向试验液中加入实施例2提供的缓蚀剂后，经过10min和60min，油水界面依然是整齐的，油相物质和水相物质均保持清澈。相对于对照组2，在40℃的条件下，向试验液中加入实施例3和实施例4提供的缓蚀剂后，经过10min和60min，油水界面依然是整齐的，油相物质和水相物质均保持清澈。这说明加入实施例2-4提供的缓蚀剂后，试验液仍能保持清澈，乳化倾向性较小。该缓蚀剂适合在酸性凝析气藏的开采过程中使用，不会给凝析油的回收和利用造成不利影响。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12